美科研人員突破太陽(yáng)能電池效率的上限
[導(dǎo)讀]雖然研究人員一直在穩(wěn)步提高太陽(yáng)能電池的發(fā)電量，但他們卻面臨根本的限制，這是因?yàn)槲锢韺W(xué)涉及到把光子轉(zhuǎn)換為電子，而且是在半導(dǎo)體材料中進(jìn)行的?，F(xiàn)在，美國(guó)懷俄明大學(xué)（UniversityofWyoming）研究人員已證明，采用被
雖然研究人員一直在穩(wěn)步提高太陽(yáng)能電池的發(fā)電量，但他們卻面臨根本的限制，這是因?yàn)槲锢韺W(xué)涉及到把光子轉(zhuǎn)換為電子，而且是在半導(dǎo)體材料中進(jìn)行的。現(xiàn)在，美國(guó)懷俄明大學(xué)（UniversityofWyoming）研究人員已證明，采用被稱作量子粒（quantumdots）的新型納米材料，有可能超越這些極限，生產(chǎn)超效能太陽(yáng)能電池。
太陽(yáng)能電池的理論限度離不開數(shù)量上大幅度變化的陽(yáng)光光子能量。其數(shù)量變化取決于光的顏色。無(wú)論接收到的光子多么充滿活力，太陽(yáng)能電池僅能把一個(gè)光子轉(zhuǎn)換成一個(gè)電子，而且是以既定數(shù)量的能量。任何多余能量都會(huì)散失為熱量?？茖W(xué)家們假設(shè)，量子粒因其不尋常的電子屬性，可以把一些多余能量轉(zhuǎn)換為電子。他們估計(jì)，這個(gè)方法可以使太陽(yáng)能電池效率的理論最大值提高大約50%。
最初測(cè)試這個(gè)想法是很令人鼓勵(lì)的，但沒(méi)有結(jié)論。研究人員們無(wú)法直接測(cè)量多余的電子，因?yàn)檫@些電子存在時(shí)間太短暫，無(wú)法使它們離開材料進(jìn)入電路。懷俄明大學(xué)研究人員所取得的關(guān)鍵進(jìn)步，是改進(jìn)了量子粒及其所附著的二氧化鈦電極的表面化學(xué)，創(chuàng)造了一種強(qiáng)有力的連接，使電子可以逃離量子粒，時(shí)間只有短短的萬(wàn)億分之（trillionths）幾秒。這是第一次，研究者能夠直接測(cè)量太陽(yáng)能電池中多余電子的生產(chǎn)。
這一進(jìn)展是很重要的，原因有兩個(gè)。首先，它表明，有可能使用多余電子促進(jìn)產(chǎn)生電流，這是必要的，如果這些電子要在太陽(yáng)能電池中有任何作用的話。第二，測(cè)量表明，量子?？筛行У禺a(chǎn)生多余電子，超過(guò)一些研究者的想象，對(duì)某些波長(zhǎng)的光而言，其效果大約是三倍，如果研究結(jié)果準(zhǔn)確的話，伊蘭-拉班尼（EranRabani）說(shuō)，他是特拉維夫大學(xué)（TelAvivUniversity）化學(xué)教授。然而，這個(gè)性能仍不足以制造超效能太陽(yáng)能電池，他說(shuō)。布魯斯-帕克孫（BruceParkson）是懷俄明大學(xué)化學(xué)教授，領(lǐng)導(dǎo)這項(xiàng)工作，他對(duì)此表示同意。“這不是最理想的。這只是第一步,”他說(shuō)。
仍然存在兩大障礙，要不這一技術(shù)就可以用來(lái)制造超效能太陽(yáng)能電池。帕克孫使用硫化鉛量子粒和水晶二氧化鈦電極，研究人員們需要嘗試量子粒和電極材料的其它組合，以發(fā)現(xiàn)一些組合，可以把更多光子轉(zhuǎn)換成許多電子。帕克孫說(shuō)，他的新方法用于制造量子粒太陽(yáng)能電池，有助于他們直接測(cè)試其他一些組合。
研究人員們還需要提高量子粒太陽(yáng)能電池所能吸收的光的總量。在實(shí)驗(yàn)電池中，量子粒層太薄，大多數(shù)光線透過(guò)都不會(huì)被吸收。帕克孫說(shuō)，下一步可能就是使量子粒附著于一種多孔材料，這種材料具有較大的表面積，這就會(huì)使它們有更多的機(jī)會(huì)吸收光，同時(shí)還使電子可以很快逃離。
太陽(yáng)能電池的理論限度離不開數(shù)量上大幅度變化的陽(yáng)光光子能量。其數(shù)量變化取決于光的顏色。無(wú)論接收到的光子多么充滿活力，太陽(yáng)能電池僅能把一個(gè)光子轉(zhuǎn)換成一個(gè)電子，而且是以既定數(shù)量的能量。任何多余能量都會(huì)散失為熱量?？茖W(xué)家們假設(shè)，量子粒因其不尋常的電子屬性，可以把一些多余能量轉(zhuǎn)換為電子。他們估計(jì)，這個(gè)方法可以使太陽(yáng)能電池效率的理論最大值提高大約50%。
最初測(cè)試這個(gè)想法是很令人鼓勵(lì)的，但沒(méi)有結(jié)論。研究人員們無(wú)法直接測(cè)量多余的電子，因?yàn)檫@些電子存在時(shí)間太短暫，無(wú)法使它們離開材料進(jìn)入電路。懷俄明大學(xué)研究人員所取得的關(guān)鍵進(jìn)步，是改進(jìn)了量子粒及其所附著的二氧化鈦電極的表面化學(xué)，創(chuàng)造了一種強(qiáng)有力的連接，使電子可以逃離量子粒，時(shí)間只有短短的萬(wàn)億分之（trillionths）幾秒。這是第一次，研究者能夠直接測(cè)量太陽(yáng)能電池中多余電子的生產(chǎn)。
這一進(jìn)展是很重要的，原因有兩個(gè)。首先，它表明，有可能使用多余電子促進(jìn)產(chǎn)生電流，這是必要的，如果這些電子要在太陽(yáng)能電池中有任何作用的話。第二，測(cè)量表明，量子?？筛行У禺a(chǎn)生多余電子，超過(guò)一些研究者的想象，對(duì)某些波長(zhǎng)的光而言，其效果大約是三倍，如果研究結(jié)果準(zhǔn)確的話，伊蘭-拉班尼（EranRabani）說(shuō)，他是特拉維夫大學(xué)（TelAvivUniversity）化學(xué)教授。然而，這個(gè)性能仍不足以制造超效能太陽(yáng)能電池，他說(shuō)。布魯斯-帕克孫（BruceParkson）是懷俄明大學(xué)化學(xué)教授，領(lǐng)導(dǎo)這項(xiàng)工作，他對(duì)此表示同意。“這不是最理想的。這只是第一步,”他說(shuō)。
仍然存在兩大障礙，要不這一技術(shù)就可以用來(lái)制造超效能太陽(yáng)能電池。帕克孫使用硫化鉛量子粒和水晶二氧化鈦電極，研究人員們需要嘗試量子粒和電極材料的其它組合，以發(fā)現(xiàn)一些組合，可以把更多光子轉(zhuǎn)換成許多電子。帕克孫說(shuō)，他的新方法用于制造量子粒太陽(yáng)能電池，有助于他們直接測(cè)試其他一些組合。
研究人員們還需要提高量子粒太陽(yáng)能電池所能吸收的光的總量。在實(shí)驗(yàn)電池中，量子粒層太薄，大多數(shù)光線透過(guò)都不會(huì)被吸收。帕克孫說(shuō)，下一步可能就是使量子粒附著于一種多孔材料，這種材料具有較大的表面積，這就會(huì)使它們有更多的機(jī)會(huì)吸收光，同時(shí)還使電子可以很快逃離。
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